因子權重法在礦山地質環境影響分區中的應用
——以鄂州市為例

張金朝, 張 波, 熊 麗, 習 彪

(湖北省地質局 第五地質大隊,湖北 黃石 435000)

因子權重法是利用因子分析法結合專家打分法求權重的方法,因子分析起源于心理學,直到上世紀60年代才發展成型,因子分析的基本目的就是用少數因子去描述多個指標因素之間的聯系,即將關聯密切的幾個變量歸在同一類中,每一類變量就是一個因子,以較少的幾個因子反映原資料的大部分信息。消除由于因子不同造成的不可比以及各因子之間的影響,避免信息量的重復,克服權重確定的主觀性。

鄂州市礦山開采歷史悠久,受多年來采礦活動的影響,礦區及周邊地質環境破壞嚴重,特別是對土地和地下水資源破壞較多,礦山地質災害就有40處[1],占全市地質災害總數的60%,嚴重威脅當地居民的生命財產安全。通過開展鄂州市礦山地質環境影響分區評價,根據礦山地質環境影響綜合評估分區結果,結合礦山地質環境發展變化趨勢分析,按緊迫性進行分類,劃分出不同等級的礦山地質環境保護與治理區域,為鄂州市政府開展礦山地質環境保護及治理工作提供依據,并對鄂州市合理開發礦產資源、促進礦業開發與環境保護協調發展具有一定指導意義。

1 礦山地質環境問題

鄂州市內產生的礦山地質環境問題有地質災害、壓占土地、地下水系統的影響以及廢水廢渣污染四大類。

1.1 地質災害

鄂州市內礦山地質災害較發育,主要有地面塌陷和不穩定斜坡,其中地面塌陷16處,不穩定斜坡21處,崩塌1處,滑坡2處,共計40處。地質災害面積達到142.38 hm2,影響面積170.8 hm2,體積達到36.85萬m3,造成經濟損失15 663萬元,威脅人口1 328人,威脅財產11 914.8萬元。

1.2 占用與破壞土地資源

鄂州市內礦山占用及破壞土地資源的情況較為普遍,據統計,全市礦業開發壓占土地約429.55 hm2。按照破壞土地類型來分,破壞林地176.54 hm2、耕地119.47 hm2、草地101.84 hm2、荒坡地8.43 hm2、其他地23.27 hm2。

1.3 地下水系統的影響

鄂州市地下水系統的影響主要表現為地下水位下降及地下水均衡破壞。目前鄂州市內共形成6個地下水降落漏斗區,總面積達32.56 km2,主要分布在廣山礦區,范圍201.59 hm2;程潮主礦區,范圍163.70 hm2;黃土咀—鴻潤德礦區,范圍607.92 hm2;陳盛礦區,范圍387.08 hm2;銅坑礦區,范圍275.57 hm2;大洪山—鴻福—巷子口礦區,范圍1 619.72 hm2。本次調查發現,鄂州市礦山地下水均衡受破壞的礦山有20個,造成大量水井、泉干涸。

1.4 水土環境污染

鄂州市礦業開發產生的廢水包括礦坑水、選礦水等,廢渣包括廢石、尾礦等。其中礦山廢水年產出量1 480.3萬m3,年排放量1 261.3萬m3;礦坑水年產出量1 219.1萬m3,年排放量1 000.1萬m3;選礦水年產出量110萬m3,年排放量110萬m3,其綜合利用率為14.8%,年循環利用量為219萬m3。鄂州市目前積存廢渣(廢石、尾礦)2 869.2萬t,其中廢石堆20個,尾礦庫26個,累計積存廢石渣85.4萬t、尾礦2 783.8萬t,年產固體廢棄物158.2萬t,年綜合利用量32.2萬t,年綜合利用率達到20.35%。

根據水土樣檢驗結果,區內廢水、廢渣對地表水環境污染較重,對地下水污染較輕。

2 分區評價

2.1 評價原則

根據《礦山地質環境調查評價規范(DD2014—05)》及相關規范要求,結合鄂州市礦山實際情況,充分利用礦山地質環境調查數據資料,及礦山地質環境保護與治理方案數據資料,通過深入地研究對比分析,評價采礦活動對礦山地質環境的影響程度。

以采礦對礦山地質環境造成的影響為主,兼顧地質環境背景,緊抓礦山地質環境問題現狀。本次影響評估分為三級:嚴重區、較嚴重區和輕微區。礦山地質環境影響程度指標A>1.5,為礦山地質環境影響嚴重區;1.5>A>0.5,為礦山地質環境影響較嚴重區;A<0.5,為礦山地質環境影響輕微區。

2.2 評價方法

2.2.1評價因子的選取

與礦山地質環境相關的各類評價因子主要有地形地貌、植被發育情況、礦山企業規模、開采深度、占用破壞土地面積、廢水廢液排放量、尾礦固體廢物排放量、礦坑排水對水環境的影響、礦山地質災害、礦產資源開發利用及保護規劃、礦山生態環境恢復治理難易程度等二級因子。上述評價因子可綜合為四個一級因子(表1)。

2.2.2評價單位

本次評估成圖比例尺1∶50 000,在充分考慮各評價因子對礦山地質環境影響大小(即權重的不同)的情況下,以全市的礦山礦權范圍及其影響范圍(即緩沖區)劃分評價單元,通過對評價單元的評判、賦值、疊加得出礦山地質環境質量指數,從而判定出礦山地質環境的相對好壞。

表1 評價因子說明表Table 1 Statement of evaluation factors

2.2.3評價模型

(1) 數學模型建立。

A=∑aibi

式中:A為礦山地質環境影響程度;ai為指標層因子權重,用專家打分法確定;bi為礦山地質環境影響強度指數。

(2) 各級因子權重。一級因子權重見表2。

表2 一級因子權重表Table 2 Weight table of first-order factor

二級因子權重見表3。

2.3 綜合評價

根據上述評價方法,對鄂州市各評價單元采用綜合分值確定等級,最終在Mapgis中成圖(圖1)。本次分區共分為3個大區:影響嚴重區、影響較嚴重區和影響輕微區。其中影響嚴重區有2個亞區,總面積約94.12 km2,占評價區總面積的5.25%;影響較嚴重區共有3個亞區,集中在礦山開發較強烈區域,總面積約280.8 km2,占評價區總面積的18.66%;影響輕微區是嚴重區、較嚴重區以外的其它地區,總面積達1 130.08 km2,占評價區總面積的75.09%。各區基本情況見表4。

經驗證,其中2處影響嚴重區人口密集,采礦活動強烈,地質災害頻發,對周邊環境影響嚴重,與分區結果基本吻合,較嚴重影響區、一般影響區與實際情況也都基本一致。

表3 二級因子權重表Table 3 Weight table of secondary-order factor

注:因子權重數值參考《2012—2013年湖北省礦山地質環境調查報告》[2]。

圖1 鄂州市礦山地質環境影響綜合分區圖Fig.1 Comprehensive zoning map of mine geological environment impact in Ezhou City1.嚴重影響區及代號;2.較嚴重影響區及代號;3.輕微影響區及代號。

3 結論

選用因子權重法對鄂州市進行礦山地質環境影響分區,對今后在鄂州市開展礦山恢復治理規劃及治理具有重要意義。利用因子分析法求權重[3]評價礦山地質環境影響程度,不僅考慮了評價中所涉及到的各個因子,也考慮到了某種因子在評價中的重要程度,且結合專家打分法與經驗對權重賦值,效果是理想的也是合理的;難點在于各種權重賦值不易操作,所以在其他地區應用時,需特別注意評價因子的選擇和權重的確定,以保證評價的合理性;另外因子權重法只能評價出相對的結果,準確的結果需要根據實際情況對分區界限進行修正。

表4 礦山地質環境綜合分區說明表Table 4 Interpretation table for comprehensive zoning of mine geological environment